Come fa un condensatore a bloccare la corrente continua?

Penso che aiuterebbe a capire come un condensatore blocca la CC (corrente continua) mentre consente la CA (corrente alternata).

Iniziamo con la fonte più semplice di CC, una batteria:

Quando questa batteria viene utilizzata per alimentare qualcosa, elettroni vengono aspirati nel + lato della batteria e spinto fuori il – lato.

Colleghiamo alcuni fili alla batteria:

Non cè ancora un circuito completo qui (i fili non vanno da nessuna parte), quindi non cè flusso di corrente.

Ma questo non significa che non ci fosse alcun flusso di corrente. Vedete, gli atomi nel filo metallico di rame sono costituiti da un nucleo degli atomi di rame, circondati dai loro elettroni. Può essere utile pensare al filo di rame come a ioni di rame positivi, con elettroni che fluttuano intorno:

Nota: utilizzo il simbolo e ^– per rappresentare un elettrone

In un metallo è molto facile spingere gli elettroni in giro. Nel nostro caso abbiamo una batteria collegata. È in grado di aspirare alcuni elettroni dal filo:

Il cavo collegato al lato positivo della batteria ha degli elettroni aspirati da esso . Questi elettroni vengono quindi spinti fuori dal lato negativo della batteria nel cavo collegato al lato negativo.

È importante notare che la batteria non può rimuovere tutti gli elettroni. Gli elettroni sono generalmente attratti dagli ioni positivi che si lasciano dietro; quindi è difficile rimuovere tutti gli elettroni.

Alla fine il nostro filo rosso avrà una leggera carica positiva (perché mancano gli elettroni), e il filo nero avrà una leggera carica negativa (perché ha elettroni in più).

Quindi, quando colleghi per la prima volta la batteria a questi fili, solo un un piccolo bit di corrente scorrerà. La batteria non è in grado di spostare molti elettroni, quindi la corrente scorre molto brevemente, quindi si ferma.

Se hai scollegato la batteria, girata e ricollegata: gli elettroni nel filo nero sarebbero stati risucchiati nella batteria e spinti nel filo rosso. Ancora una volta ci sarebbe solo una piccola quantità di flusso di corrente, e poi si fermerebbe.

Il problema con solo due fili è che non abbiamo molti elettroni da spingere. Ciò di cui abbiamo bisogno è una grande riserva di elettroni con cui giocare, un grosso pezzo di metallo. Ecco cosè un condensatore: un grosso pezzo di metallo attaccato alle estremità di ogni filo.

Con questo grosso pezzo di metallo, ci sono molti più elettroni che possiamo facilmente spingere in giro. Ora il ” il lato “positivo” può avere molti più elettroni risucchiati da esso e il lato “negativo” può avere molti più elettroni spinti dentro:

Quindi se applichi una sorgente di corrente alternata a un condensatore, parte di quella corrente potrà fluire, ma dopo un po funzionerà di elettroni per spingere in giro e il flusso si interromperà. Questo è una fortuna per la sorgente CA, poiché si inverte e la corrente può fluire ancora una volta.

Ma perché è un condensatore nominale in volt CC

Un condensatore non è solo due pezzi di metallo. Unaltra caratteristica di progettazione del condensatore è che utilizza due pezzi di metallo molto vicini luno allaltro (immagina uno strato di carta oleata tra due fogli di carta stagnola).

Il motivo per cui usano “carta stagnola” separata da “carta cerata” è perché vogliono che gli elettroni negativi siano molto vicini ai “buchi” positivi che si sono lasciati dietro. Questo fa sì che gli elettroni siano attratti dai “buchi” positivi:

Perché gli elettroni sono negativi e i “buchi” sono positivi, gli elettroni sono attratti dai buchi. Questo fa sì che gli elettroni rimangano effettivamente lì. Ora puoi rimuovere la batteria e il condensatore manterrà quella carica.

Questo è il motivo per cui un condensatore può immagazzinare una carica; gli elettroni vengono attratti dai buchi che si sono lasciati dietro.

Ma quella carta cerata non è un isolante perfetto; consentirà alcune perdite. Ma il vero problema si verifica se hai troppi elettroni accumulati. Il campo elettrico tra le due “ piastre ” del condensatore può effettivamente diventare così intenso da provocare la rottura della carta cerata, danneggiando permanentemente il condensatore:

In realtà un condensatore non è fatto di carta stagnola e carta cerata (più); usano materiali migliori. Ma cè ancora un punto, un ” tensione “, dove lisolatore tra le due piastre parallele si rompe, distruggendo il dispositivo. Questo è il valore massimo nominale del condensatore CC voltaggio.

Commenti

• +1 Unottima spiegazione, immagini e esempi di costruzione.
• +1. Una delle migliori spiegazioni che ‘ abbia mai letto sui condensatori.
• Una buona spiegazione ma non ‘ rispondi alla domanda dellOP ‘ in modo diretto: Con AC, hai una variazione istantanea della tensione. In ogni punto dellonda AC, la tensione varia e quando si ha un condensatore nel circuito, questa variazione / variazione di tensione può essere trasmessa attraverso il dielettrico allaltro lato / piatto tramite un campo elettrico di intensità variabile. Pertanto la corrente scorre nel circuito anche se il dielettrico è un isolante al flusso di elettroni.
• è necessario pensarlo in termini di onde con elettroni / polarizzazione molecolare che agiscono come mezzo / mezzo per le onde.
• I condensatori @Fennekin non consentono alla corrente CC di fluire da soli o collegati in serie o collegati in parallelo. Ma, ancora una volta, ‘ è allo stato stazionario. Ci sarà ancora una corsa iniziale di un po corrente; indipendentemente dal fatto che siano collegati in serie, in parallelo o da soli.

Fammi vedere se posso aggiungere una prospettiva in più per le altre 3 risposte.

I condensatori si comportano come un corto alle alte frequenze e un aperto alle basse frequenze.

Quindi, ecco due casi:

Condensatore in serie con segnale

In questa situazione, AC è in grado di passare, ma DC è bloccato. Questo è comunemente chiamato condensatore di accoppiamento.

Condensatore in parallelo con il segnale

In questa situazione, DC è in grado di passare, ma AC è in cortocircuito verso massa causando il blocco. Questo è comunemente chiamato condensatore di disaccoppiamento.

Che cosè AC?

Ho usato i termini “High Freq” e “Low Freq” in modo piuttosto approssimativo in quanto non hanno alcun numero associato. Lho fatto perché ciò che è considerato basso e alto dipende da cosa sta succedendo nel resto del circuito. Se vuoi saperne di più, puoi leggere informazioni sui filtri passa-basso su Wikipedia o su alcuni dei nostri Filtro RC .

Tensione nominale

La tensione che vedi con i condensatori è la tensione massima che puoi applicare in sicurezza al condensatore prima di iniziare a correre il rischio che il condensatore si rompa fisicamente. A volte questo accade come unesplosione, a volte un incendio o talvolta si surriscalda.

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• Kellen, apprezzo il tuo uso delle immagini, ma Manca una risposta alla domanda come il limite blocca DC. Dici solo che lo fa.
• @Stevenvh Ho sentito la confusione che lOP aveva non riguardava la fisica di come blocca DC, ma piuttosto il motivo per cui viene usato se blocca DC. Inoltre ho pensato che la tua risposta spiegasse bene a un livello più fisico e ‘ non pensavo di poter spiegare quella parte meglio di te.

La spiegazione sta nel fatto che le cariche opposte si attraggono a vicenda. Un condensatore è una costruzione compatta di 2 piastre conduttive separate da un isolante molto sottile. Se metti DC su un lato sarà caricato positivamente e laltro lato negativamente. Entrambe le cariche si attraggono ma non possono oltrepassare la barriera isolante. Non cè flusso di corrente. Quindi questa è la fine della storia per DC.
Per AC è diverso. Un lato sarà successivamente caricato positivamente e negativamente e attirerà cariche negative e positive rispettivamente. Pertanto, i cambiamenti su un lato della barriera provocano cambiamenti sullaltro lato, in modo che appaia che le cariche attraversano la barriera, e quella corrente fluisce efficacemente attraverso il condensatore.

Un condensatore carico è sempre caricato in corrente continua, cioè un lato ha le cariche positive e laltro lato negativo. Questi addebiti sono un accumulo di energia elettrica , necessario in molti circuiti.

La tensione massima è determinato dalla barriera isolante. Al di sopra di una certa tensione si romperà e creerà un cortocircuito. Ciò può accadere in CC ma anche in CA.

Un modo semplice di pensare è che un condensatore in serie si blocchi CC, mentre un condensatore in parallelo aiuta a mantenere una tensione costante.

Si tratta in realtà di due applicazioni dello stesso comportamento: un condensatore reagisce per cercare di mantenere costante la tensione su se stesso. Nel caso della serie, è abbastanza felice di rimuovere una differenza di tensione costante, ma qualsiasi variazione brusca da un lato verrà trasmessa allaltro per mantenere costante la differenza di tensione. Nel caso parallelo, qualsiasi variazione brusca di tensione sarà ha reagito.

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• bella risposta semplice, complimenti

Questa non è una risposta molto tecnica, ma “una spiegazione grafica che trovo molto divertente e semplice:

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• Sì, carino, ma ‘ riceverai nei guai se provi davvero a spiegare quel percorso AC! 🙂
• @stevenvh sì, certo che lo so ‘ è un po stupido, ma ‘ ve lho sempre trovato intelligente 🙂
• È una risposta strana: D: D: D: D: D
• In realtà mi ha aiutato molto a capire chiaramente cosè un condensatore. Grazie!

La quantità di carica che si sviluppa attraverso le piastre di un condensatore con una determinata tensione ai suoi terminali è regolato dalla formula:

\ $ Q = C \ times V \ $ (carica = capacità * tensione)

Differenziando entrambi i lati (la corrente è la derivata temporale di carica), fornisce:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $ (corrente = capacità * la velocità di variazione della tensione)

Tensione CC equivale a dire \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Quindi un condensatore non consente alla corrente di fluire “attraverso” di esso per la tensione CC (cioè blocca CC).

Anche la tensione attraverso le piastre di un condensatore deve cambiare in modo continuo, quindi i condensatori hanno leffetto di “trattenere” una tensione una volta caricati su di essa, finché non la tensione può essere scaricata tramite una resistenza. Un uso molto comune per i condensatori è quindi stabilizzare le tensioni dei binari e disaccoppiare i binari da terra.

Il valore di tensione è la quantità di tensione che è possibile applicare attraverso le piastre prima che le forze elettrostatiche abbattano le proprietà del materiale del materiale dielettrico tra le piastre rendendolo rotto come un condensatore :).

La mia risposta a queste domande è sempre “acqua “. Lacqua che scorre attraverso i tubi è unanalogia sorprendentemente accurata per la corrente che scorre attraverso i fili. La corrente è quanta acqua scorre attraverso un tubo. La differenza di tensione diventa la differenza di pressione dellacqua. I tubi dovrebbero essere piatti, in modo che la gravità non abbia alcun ruolo.

In unanalogia del genere, una batteria è una pompa dellacqua e un condensatore è un membrana di gomma che blocca completamente il tubo. La DC è lacqua che scorre costantemente in una direzione attraverso un tubo. LAC è lacqua che scorre avanti e indietro tutto il tempo.

Con questo in mente, dovrebbe essere ovvio che un condensatore blocca la CC: poiché la membrana può allungarsi solo fino a un certo punto, lacqua non può continuare a scorrere nella stessa direzione. Ci sarà un po di flusso mentre la membrana si allunga (cioè il condensatore si carica), ma a un certo punto si allunga abbastanza da bilanciare completamente la pressione dellacqua, bloccando così ogni ulteriore flusso.

Diventa anche ovvio che un condensatore non bloccherà completamente AC, ma dipende dalle proprietà della membrana.Se la membrana è sufficientemente elastica (alta capacità), non costituirà una sfida per lacqua che scorre avanti e indietro rapidamente. Se la membrana è davvero piuttosto rigida (ad esempio un sottile foglio di plastica), ciò corrisponde a una bassa capacità, e se lacqua scorre avanti e indietro lentamente, tale flusso sarà bloccato, ma le oscillazioni ad altissima frequenza lo faranno ancora. / p>

Questa analogia mi è stata così eccezionalmente utile che mi chiedo davvero perché non sia “usata più ampiamente.

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• Un amico mi ha aiutato a capire perché questa analogia non è usata più ampiamente: a quanto pare ha poca intuizione per il flusso dacqua nei tubi quanto per il flusso di corrente nei cavi!

Prima di tutto, un condensatore blocca la CC e ha unimpedenza inferiore alla CA, mentre un induttore tende a bloccare la CA ma passa la CC molto facilmente. “Bloccando”, noi significa che offre unalta impedenza al segnale di cui stiamo parlando.

Per prima cosa, però, dobbiamo definire alcuni termini per spiegare questo. Sai cosè la resistenza, vero? La resistenza è lopposizione al flusso di corrente che si traduce nella combustione di potenza, misurata in watt. Non importa se la corrente è AC o DC, la potenza dissipata da un resistore perfetto è la stessa per entrambi.

Quindi la resistenza è un tipo di “impedenza” al flusso di corrente. Ce ne sono altri 2: “reattanza induttiva” e “reattanza capacitiva”. Entrambi sono misurati anche in ohm, come la resistenza, ma entrambi sono diversi in quanto, per prima cosa, variano con la frequenza, e per un altro, in realtà non consumano energia come fa una resistenza. Quindi, tutti insieme, ci sono 3 tipi di impedenza – resistiva, induttiva e capacitiva.

La quantità di blocco o impedenza degli induttori in ohm può essere determinata da:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

Dove 2pi è circa 6,28, f è la frequenza (AC, ovviamente) di un segnale, L è linduttanza misurata in henry e dove “X sub L” è la reattanza induttiva in ohm.

La reattanza induttiva è limpedenza di un componente dovuta allinduttanza; è un tipo di resistenza, ma in realtà non brucia potenza in watt come fa un resistore, e poiché è necessario fornire “f” per la frequenza, il valore di esso varia con la frequenza per un dato induttore.

Si noti che allaumentare della frequenza, aumenta anche limpedenza (resistenza CA) in ohm. E si noti che se la frequenza è uguale a zero, lo stesso vale per limpedenza: una frequenza pari a zero significa CC, quindi gli induttori non hanno praticamente alcuna resistenza al flusso di corrente CC. E allaumentare della frequenza, aumenta anche limpedenza.

I condensatori sono lopposto: la formula per la reattanza capacitiva è

$$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} $$

Qui, C è la capacità del cappuccio in farad, “2pi” e “f” sono gli stessi di sopra e “X-sub-C” è la reattanza capacitiva in ohm . Notare che qui, la reattanza è “uno diviso” la frequenza e la capacità – questo si traduce in valori di impedenza che scendono con la frequenza e la capacità. Quindi, se la frequenza è alta, limpedenza sarà bassa, e se la frequenza è prossima allo zero, che è DC, limpedenza sarà quasi infinita – in altre parole, i condensatori bloccano DC, ma passano AC, e maggiore è la frequenza di il segnale AC, minore è limpedenza.

Vado per la risposta qualitativa più breve -approccio a distanza:

Un condensatore attraverso i binari CC è lì, in effetti, per cortocircuitare i segnali CA che potrebbero altrimenti arrivare sui binari di alimentazione, quindi la quantità di CA attraverso il tuo CC il circuito è ridotto.

La tensione nominale su un cappuccio è la tensione massima (somma di CC e qualsiasi CA presente!) che il cappuccio dovrebbe vedere. Superare questa tensione e il cap fallirà.